Развитие технологии межсоединений высокоскоростных оптических модулей в центрах обработки данных

В связи с бурным ростом сетевых услуг спрос на полосу пропускания в центрах обработки данных становится все выше и выше. Первоначально спрос можно было удовлетворить, объединив несколько ссылок, но в настоящее время облачные вычисления, онлайн-игры и онлайн-видео в формате HD требуют большой пропускной способности сети, которую нельзя удовлетворить, просто добавив больше ссылок. Например, базовые порты межсоединения 10G на восходящем канале традиционного центра обработки данных объединяются в 8, что означает пропускную способность 80G. Если стоимость добавления большего количества каналов слишком высока, многие сетевые устройства не могут поддерживать больше пакетов портов, поэтому они могут требовать только портовые устройства с более высокой скоростью пересылки, и 40G/100G создается в контексте такого огромного спроса. Теперь 40G/100G масштабируется для использования в обычных центрах обработки данных, становясь обязательной опцией для крупных центров обработки данных, с несколькими портами межсоединений 40G или 100G, развернутыми в точках межсоединения центра обработки данных, что увеличивает пропускную способность внешнего доступа центра обработки данных до более чем 100G. или даже до 1т. К счастью, технические трудности с оптическими модулями 100G для людей преодолены, но с этой частью технологии, которая все еще находится в стадии непрерывного развития, остается еще много проблем, поэтому поговорим о техническом прогрессе в этой области.

Высокоскоростные оптические модули обычно относятся к оптическим модулям с передачей 40G/100G или выше, что технически сложно реализовать, особенно с точки зрения дальности передачи, а оптическим модулям 100G трудно достичь расстояния передачи более 10 км. Это замедлило популярность оптических модулей 100G в центрах обработки данных. Однако эта тенденция развития необратима, как и наши компьютеры и мобильные телефоны, которые работают все быстрее и быстрее, пока технология совершенствуется, скорость будет продолжать расти. Технология высокоскоростных оптических модулей также постоянно развивается. Наиболее зрелыми в настоящее время являются технология ПЛК, а также технология интеграции на основе InP и технология интеграции на основе кремниевой фотоники.

PLC (Planar Lightwave Circuit) называется платформенной технологией оптических волноводов, относится к оптическому волноводу, расположенному в плоскости, его производственный процесс совместим с традиционным процессом производства полупроводников и дешевле, чем традиционный процесс оптической сборки, технология упаковки хороша. PLC имеет две основные структуры: одна представляет собой прямоугольный оптический волновод, слой оптической сердцевины является столбчатым; один представляет собой оптический волновод в форме гребня, слой оптической сердцевины представляет собой прямоугольник поверх гребня. Технология PLC является ядром интегрированного оптического процесса в соответствии с функциональными требованиями, изготовленными из различных плоских оптических волноводов, некоторые из которых также должны наносить электроды в определенных местах, а затем оптические волноводы, а затем соединяются с оптическими волокнами или волоконными массивами, используя высокоинтегрированная технология подготовки, количество отводов до 128. Использование процессов фотолитографии, роста и сухого травления для формирования заглубленных оптических волноводов на кварцевой подложке для распределения оптической мощности является лучшей технологией для производства оптических разветвителей. PLC может быть достигнут с использованием различных сред, таких как оптические волноводы с покрытием из ниобата лития и титана, оптические волноводы с осажденным диоксидом кремния на основе кремния, оптические волноводы InGaAs / InP и полимерные оптические волноводы и т. Д. Существуют некоторые различия в стоимости и эффективности передачи. эти разные материалы, а также преимущества и недостатки каждого, поэтому я не буду здесь вдаваться в подробности. Короче говоря, технология PLC не является совершенно новой технологией, но все еще заимствует многие из оригинальных оптических технологий с помощью передового производственного процесса для достижения цели улучшения полосы пропускания отдельных оптических модулей.

Когда скорость оптического модуля увеличивается с 10 Гбит/с до 40 Гбит/с или 100 Гбит/с, ее все еще можно удовлетворить с помощью технологии ПЛК, но если ее необходимо увеличить до 400 Гбит/с или даже 1 Тбит/с, эта технология несколько перегружается. Существующие технологические процессы еще не имеют средств для достижения таких плотностей полосы пропускания, а если это достигается за счет увеличения оптических модулей, то это явно не очень удачное решение, а PLC значительно возрастает с усложнением производственного процесса, что также делает цена оптических модулей типа PLC остается высокой и не может быть снижена, поэтому появилась технология кремниевой фотоники. Это недорогая высокоскоростная технология оптической связи, основанная на кремниевой фотонике, в которой для передачи данных вместо электронных сигналов используются лазерные лучи. Эта недорогая технология не только значительно снижает стоимость расширения центра обработки данных, но и нарушает закон Мура в отношении скорости (если следовать закону Мура, скорость передачи Ethernet не может достигать 1T), что позволяет через 1T пропускной способности на одном порту, что является новой технологией центров обработки данных, которой уделяется большое внимание с 2016 года. Однако все еще существуют технические проблемы при соединении кремниевой фотоники с оптическими волокнами, а также проблемы с согласованием 10-микронной сердцевины. волокна с волноводами размером всего от 0.35 до 0.5 микрона для контроля на уровне пластины. К счастью, все еще есть некоторые производители, которые преодолели эти технические трудности и выпустили некоторые кремниевые фотонные оптические модули для официальной продажи, которые преодолевают проблему короткого расстояния передачи высокоскоростных оптических модулей 100G. Хотя эти оптические модули пока не способны обеспечить скорость 200G и выше, считается, что при постоянном совершенствовании технологии это, безусловно, станет возможным в будущем. Тот факт, что организация по стандартизации Ethernet приступила к разработке стандарта передачи 400G, показывает, что это теоретически возможно, иначе разработка такого стандарта передачи была бы невозможна.

Фотонная интеграция также является технологией, которая может быть выбрана для будущих высокоскоростных оптических модулей. Интегральная схема на основе оптического волновода с диэлектрическим волноводом в качестве центральной части объединяет оптические устройства, т. е. несколько оптических устройств интегрированы на подложке, образуя единое целое, и устройства соединены друг с другом с помощью полупроводникового оптического волновода, образуя единое целое. высокоскоростной пересылающий оптический модуль. Фотонная интеграция является самой передовой и многообещающей областью оптоволоконной связи и одним из лучших способов удовлетворить требования к пропускной способности будущих сетей. Конечно, изготовление фотонно-интегральных оптических модулей — задача не из легких. Фотонные устройства имеют трехмерную структуру и требуют многократного осаждения и травления на нескольких тонкопленочных диэлектрических слоях из различных материалов для производства, и ожидается, что этот тип сложной технологии будет замечен только при 400G.

Технология высокоскоростных оптических модулей для центров обработки данных все еще развивается, и как только произойдет прорыв, для центров обработки данных будет очень полезно увеличить пропускную способность своей сети. В значительной степени технология высокоскоростных оптических модулей не позволила центрам обработки данных перейти на более высокую пропускную способность сети. Из прошлого процесса повышения пропускной способности сети, как только будут разработаны и внедрены и коммерчески доступны более высокоскоростные оптические модули, они вскоре вызовут волну замены в реальной сети и во всем поддерживающем ее сетевом оборудовании, оптических волокнах, сетевых микросхемах и т. д. скоро будет соответствовать поддержке, поэтому уровень развития технологии оптических модулей определяет общий уровень пропускной способности центра обработки данных и является наиболее важной частью центра обработки данных для повышения пропускной способности сети.